新型固态弹热制冷材料研究进展

龚斌,从道永（北京科技大学 新金属材料全国重点实验室）

摘要：当前全球制冷需求急剧上升，传统蒸汽压缩制冷技术的温室气体泄漏和低制冷能效导致严峻环境问题。在此背景下，零温室效应且高能效的固态制冷技术成为研究热点，其中弹热制冷易实现显著绝热温度变化，是最具潜力替代传统蒸汽压缩制冷的技术之一。目前,弹热材料研究主要集中于形状记忆合金，包括Ni-Ti 基、Cu 基、Fe 基和Heusler 型形状记忆合金等。然而,各类弹热合金材料普遍存在相变潜热、循环稳定性、工作温区与制冷效率相互制约的问题。在各类弹热合金中，对Ni-Ti 基合金研究最为系统深入。该合金室温下可实现17—24 K 的绝热温度变化，通过元素掺杂、晶粒细化、增材制造等手段可优化弹热性能，是最接近商用化的弹热制冷材料，但其面临循环稳定性较差、工作温区窄等挑战。未来对于弹热材料的研究可着重多个方向：通过对Ni-Ti 基合金高熵化，提升强度与宽温域性能，结合增材制造实现复杂结构的近净成形，平衡各项性能指标；借助原位表征技术揭示马氏体相变过程中的缺陷演化规律，建立疲劳寿命与晶格参数的定量关系；拓展梯度结构合金等前沿方向。

关键词： 弹热制冷；形状记忆合金；超弹性；弹热效应；绝热温度变化；循环稳定性；Ni-Ti基合金；Heusler 型合金